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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines Batteriezustands bei wenigstens einer Batterie zumindest eines Kraftfahrzeugs. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Prüfung eines Batteriezustands bei wenigstens einer Batterie zumindest eines Kraftfahrzeugs.
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Batterien von Kraftfahrzeugen unterliegen im Laufe ihrer Lebensdauer einer Vielzahl an Lade-und Entladevorgängen. Hinzu kommen Belastungen durch Temperaturschwankungen sowie durch den Fahrzeugfahrbetrieb. Diese Faktoren tragen dazu bei, dass verschiedene Arten von Batteriefehlern bzw. Batteriedefekten auftreten können, welche im ungünstigsten Fall zu einem Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs führen können. Vor diesem Hintergrund ist vor allem ein Ausfall einer Hochvoltbatterie (Traktionsbatterie) eines rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs kritisch.
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Die
DE 10 2013 205 334 A1 beschreibt ein Batterieprüfverfahren, bei welchem Zellspannungen von Zellen der Batterie gemessen werden und ein Spannungsmittelwert der gemessenen Zellspannungen ermittelt wird. Dabei wird eine Streuung der gemessenen Zellspannungen und für jede Zelle eine Abweichungsgröße zwischen der gemessenen Zellspannung und dem Spannungsmittelwert ermittelt. Auf Grundlage eines Vergleichs der Abweichungsgröße mit der Streuung erfolgt eine Einstufung der zugehörigen Zelle als defekt.
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Aus der
DE 10 2015 005 132 A1 ist ein Verfahren zur Überprüfung einer Batterie bekannt, bei welchem eine Zellspannung von Einzelzellen der Batterie ermittelt und die ermittelte Zellspannung automatisch mit einem Prüfparameter verglichen wird. Hierdurch können in Fahrzeugwerkstätten ausgetauschte Batterien vor deren Weitergabe hinsichtlich ihrer Sicherheit bewertet werden.
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Die
EP 1 037 063 A1 beschreibt eine Erkennungsvorrichtung zur Fehlererkennung bei einem Batteriesatz, welche ein Voltmeter und ein Amperemeter umfasst. Die Fehlererkennung erfolgt anhand der Bestimmung eines Innenwiderstand des Batteriesatzes.
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Aus der
DE 10 2013 013 471 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Zuleitungsimpedanz im mehrzelligen Batteriepacks zur Leitungsfehlererkennung bekannt. Hierbei wird auf das Vorliegen eines Leitungsfehlers geschlossen, wenn jeweilige Spannungsdifferenzen an verschiedenen Zellen innerhalb des Batteriepacks verschiedene Vorzeichen aufweisen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Prüfvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine besonders frühzeitige Erkennung eines Batteriefehlers ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Prüfvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dabei auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Prüfvorrichtung und umgekehrt anzusehen.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines Batteriezustands bei wenigstens einer Batterie zumindest eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest die Schritte:
- a) Ermitteln von Zellspannungsdifferenzen jeweiliger Zellspannungswerte von wenigstens zwei Batteriezellen der wenigstens einen Batterie zu verschiedenen Zeitpunkten;
- b) Vergleichen der Zellspannungsdifferenzen mit wenigstens einem vorbestimmten, den wenigstens zwei Batteriezellen zugeordneten Zellspannungsreferenzwert und Bestimmen von jeweiligen Abweichungswerten zwischen den Zellspannungsdifferenzen und dem wenigstens einen Zellspannungsreferenzwert;
- c) Ermitteln des Batteriezustands der wenigstens einen Batterie, wobei anhand der jeweiligen Abweichungswerte bestimmt wird, ob eine unzulässige Verschlechterung des Batteriezustands bevorsteht.
Dies ist von Vorteil, da durch bestimmen, ob eine unzulässige Verschlechterung des Batteriezustands bevorsteht eine besonders frühzeitige Erkennung eines etwaigen Batteriefehlers ermöglicht ist. Durch das Ermitteln der Zellspannungsdifferenzen zu den verschiedenen Zeitpunkten gemäß Schritt a) sind auch die in Schritt b) bestimmten Abweichungswerte zeitabhängig, wodurch das in Schritt c) durchgeführte Ermitteln des Batteriezustands anhand dieser Abweichungswerte eine Prognose über den Verlauf bzw. Betrag zukünftiger Abweichungswerte zulässt.
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Die Batterie kann bevorzugt als Hochvoltbatterie, welche auch als Traktionsbatterie bezeichnet werden kann, ausgebildet sein. Insbesondere kann die Batterie als Lithium-Ionen-Batterie (kurz: Li-Io-Batterie) ausgestaltet sein. Die Batterie kann jedoch auch als eine 12V-Starterbatterie oder als eine 48V-Starterbatterie ausgestaltet sein, um nur einige weitere Beispiele zu nennen.
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Die Batterie kann eine Vielzahl von in Serie geschalteten Batteriezellen umfassen. Die einzelnen Batteriezellen können sich -aufgrund von Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Batteriezellen - beispielsweise hinsichtlich jeweils unterschiedlicher Übergangswiderstände der jeweiligen Batteriezellen voneinander unterscheiden. Dadurch können sich die jeweils verschiedenen Zellspannungswerte ergeben, aus welchen die Zellspannungsdifferenzen zu verschiedenen Zeitpunkten gebildet werden (Schritt a)). So können beispielsweise zu einem ersten Zeitpunkt sowie zu einem zweiten Zeitpunkt bei den wenigstens zwei voneinander verschiedenen Batteriezellen die jeweiligen Zellspannungswerte, beispielsweise durch direktes Spannungsmessen, bestimmt und aus diesen wiederum die jeweiligen Zellspannungsdifferenzen ermittelt werden. Im einfachsten Fall können somit anhand der Zellspannungswerte der zwei Batteriezellen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten entsprechend zwei Zellspannungsdifferenzen gebildet werden.
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Bei der Durchführung des Verfahrens kann sich die Batterie in deren, im Kraftfahrzeug angeschlossenen Zustand befinden. Das Verfahren kann also in vorteilhafter Weise durchgeführt werden, während die Batterie mit dem Kraftfahrzeug elektrisch verbunden ist.
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Bevorzugt erfolgt das Ermitteln der Zellspannungswerte in Schritt a) während eines Energieaustauschs zwischen der Batterie und mit der Batterie gekoppelten Fahrzeugkomponenten. Zu diesen Fahrzeugkomponenten können Verbraucher, wie beispielsweise Elektromotoren, oder Energielieferanten, wie beispielsweise verbrennungsmotorisch angetriebene Generatoren, des Kraftfahrzeugs gehören, um nur einige Beispiele zu nennen. Während des Energieaustauschs können besonders deutliche Änderungen jeweiliger Beträge der Spannungswerte auftreten und damit vorteilhafterweise die Verschlechterung des Batteriezustands anhand der Abweichungswerte besonders einfach und zuverlässig erkannt werden.
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Der Zellspannungsreferenzwert kann beispielsweise einer Spannungsdifferenz der wenigstens zwei Batteriezellen im Neuzustand der Batterie entsprechen. Die Spannungsdifferenz im Neuzustand kann auch als Neuzustands-Spannungsdifferenz oder als Soll-Spannungsdifferenz bezeichnet werden.
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Bevorzugt kann beispielsweise ein Referenzkennfeld mit einer Mehrzahl an Zellspannungsreferenzwerten (Soll-Spannungsdifferenzen) bereitgestellt oder bestimmt werden, wobei die Zellspannungsreferenzwerte zu jeweils unterschiedlichen Betriebsbedingungen vorliegen können. Beispiele für derartige Betriebsbedingungen stellen verschiedene Batterietemperaturen, verschiedene Ladezustände oder verschiedene Lastströme beim Betrieb der Batterie dar. Dementsprechend kann das Referenzkennfeld mehrdimensional ausgebildet sein. Je mehr Betriebsbedingungen vorgesehen sind, desto mehr Dimensionen kann das Referenzkennfeld aufweisen.
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Beim Ermitteln des Batteriezustands der wenigstens einen Batterie in Schritt c) kann insgesamt anhand der unzulässigen Verschlechterung des Batteriezustands auf einen etwaigen, sich anbahnenden und damit zukünftigen Batteriefehler geschlossen werden. Ein besonderer Vorteil ist hierbei, dass das Verfahren eine Prognose ermöglicht, ob bei der funktionsfähigen Batterie ein Ausfall (Batteriefehler) bevorsteht. Somit kann insbesondere ein bevorstehender Ausfall der Batterie als die unzulässige Verschlechterung des Batteriezustands zuverlässig vorausbestimmt werden. Dadurch kann ein Liegenbleiben des mit der Batterie ausgestatteten Kraftfahrzeugs vermieden und ein frühzeitiger Austausch der Batterie eingeleitet werden.
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Das Verfahren ermöglicht insbesondere eine Untersuchung der Batterie, während die Batterie im Kraftfahrzeug betrieben wird.
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In Schritt c) kann beispielsweise auch eine Extrapolation der jeweiligen Abweichungswerte durchgeführt werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise sogar vorherbestimmt oder zumindest abgeschätzt werden, wann, also zu welchem zukünftigen Zeitpunkt, die unzulässige Verschlechterung des Batteriezustands eintritt. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise besonders frühzeitig ein Rückruf des Kraftfahrzeugs vorgenommen werden um die Batterie beispielsweise auszutauschen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird beim Vergleichen der Zellspannungsdifferenzen mit dem wenigstens einen Zellspannungsreferenzwert in Schritt b) zumindest ein, den Zellspannungsdifferenzen sowie dem Zellspannungsreferenzwert zugeordneter, gemeinsamer Betriebsbedingungsbereich der Batterie und/oder des Kraftfahrzeugs herangezogen. Dies ist von Vorteil, da hierdurch beispielsweise Umgebungseinflüsse oder Belastungseinflüsse der Batterie zumindest weitgehend ausgeschlossen werden können, wodurch das Vergleichen der Zellspannungsdifferenzen mit den wenigstens einen Zellspannungsreferenzwert besonders aussagekräftig ist. Zu derartigen Umgebungseinflüssen ist beispielsweise die Umgebungstemperatur (der Batterie bzw. des Kraftfahrzeugs) und zu den Belastungseinflüssen beispielsweise ein Laststrombetrag zu zählen, um nur einige Beispiele zu nennen. Durch den Betriebsbedingungsbereich können die jeweiligen Zellspannungsdifferenzen und der wenigstens eine Zellspannungsreferenzwert klassifiziert, also gleichen Rahmenbedingungen zugeordnet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der zumindest eine Betriebsbedingungsbereich ein Batterietemperaturintervall. Dies ist von Vorteil, da durch die Vorgabe des Batterietemperaturintervalls beim Vergleich der Zellspannungsdifferenzen mit dem wenigstens einen Zellspannungsreferenzwert ein für die Zellspannungsdifferenzen und den wenigstens einen Zellspannungsreferenzwert gemeinsamer Batterietemperaturbereich vorgegeben werden kann. Dadurch ist ein besonders aussagekräftiger Vergleich möglich, zumal den Vergleich verfälschende Temperatureinflüsse zumindest weitgehend ausgeschlossen werden können. Das Batterietemperaturintervall kann, kann beispielsweise einen Bereich von -10 °C bis 0 °C oder einen Bereich von 10 °C bis 20 °C abdecken, um nur einige Beispiele zu nennen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der zumindest eine Betriebsbedingungsbereich ein Ladezustandsintervall. Dies ist von Vorteil, da durch die Vorgabe eines Ladezustandsintervalls beim Vergleich der Zellspannungsdifferenzen mit dem wenigstens einen Zellspannungsreferenzwert ein für die Zellspannungsdifferenzen und den wenigstens einen Zellspannungsreferenzwert gemeinsamer Ladezustandsbereich vorgegeben werden kann. Dadurch ist ein besonders aussagekräftiger Vergleich möglich, zumal den Vergleich verfälschende Ladezustandseinflüsse zumindest weitgehend ausgeschlossen werden können. Das Ladezustandsintervall, welches auch als SOC-Intervall (SOC = state of charge) bezeichnet werden kann, kann beispielsweise einen Bereich von 30 % bis 40 % oder einen Bereich von 80 % bis 90 % einer Maximalladung der Batterie abdecken, um nur einige Beispiele zu nennen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der zumindest eine Betriebsbedingungsbereich ein Laststromintervall. Dies ist von Vorteil, da durch die Vorgabe eines Laststromintervalls beim Vergleich der Zellspannungsdifferenzen mit dem wenigstens einen Zellspannungsreferenzwert ein für die Zellspannungsdifferenzen und den wenigstens einen Zellspannungsreferenzwert gemeinsamer Laststrombereich vorgegeben werden kann. Dadurch ist ein besonders aussagekräftiger Vergleich möglich, zumal den Vergleich verfälschende Lasteinflüsse zumindest weitgehend ausgeschlossen werden können. Das Laststromintervall kann beispielsweise einen Bereich von -20 A bis 20 A oder einem Bereich von 20 A bis 100 A abdecken, um nur einige Beispiele zu nennen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in Schritt a) als die Zellspannungswerte einerseits ein Höchstspannungswert einer ersten Batteriezelle der wenigstens zwei Batteriezellen und andererseits ein Kleinstspannungswert einer zweiten Batteriezelle der wenigstens zwei Batteriezellen herangezogen. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders große Spannungsspreizung und damit ein besonders großer Spannungsdifferenzbetrag der Zellspannungsdifferenzen ermittelt werden kann, wodurch insgesamt das Ermitteln des Batteriezustands besonders exakt erfolgen kann.
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Die erste Batteriezelle kann dementsprechend den größten Spannungswert unter sämtlichen Batteriezellen der Batterie liefern, wohingegen die zweite Batteriezelle den niedrigsten Spannungswert unter den sämtlichen Batteriezellen liefern kann. Durch das Ermitteln der Zellspannungsdifferenzen zwischen dem Höchstspannungswert und dem Kleinstspannungswert (zu den verschiedenen Zeitpunkten) kann dementsprechend eine Änderung der Zellspannungsdifferenzen, also eine Zellspannungsdifferenzenänderung über der Zeit, besonders sicher erkannt werden. Eine derartige Wertepaarkorrelation zwischen dem größten Spannungswert und dem niedrigsten Spannungswert ist also besonders aussagekräftig im Hinblick auf das Ermitteln des Batteriezustands.
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Bevorzugt können die wenigstens zwei Batteriezellen hinsichtlich des Höchstspannungswertes und des Kleinstspannungswertes vor dem Ermitteln in Schritt a) im Rahmen des Verfahrens bestimmt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in einem weiteren Schritt d) bestimmt, ob die jeweiligen Abweichungswerte jeweilige vorbestimmte Schwellwerte überschreiten, wobei eine Überschreitungsanzahl erhöht wird, wenn die jeweiligen Abweichungswerte die jeweiligen vorbestimmten Schwellwerte überschreiten. Dies ist von Vorteil, da durch die Schwellwerte eine jeweilige Toleranzgrenze vorgegeben werden kann, durch welche eine Verfälschung beim Ermitteln des Batteriezustands, beispielsweise infolge von kurzzeitigen Spannungsspitzen oder Messausreißern (Messfehlern) zumindest weitgehend vermieden werden kann. Die Überschreitungsanzahl kann durch einen sogenannten „Counter“ erfasst werden. Bei jedem Überschreiten der jeweiligen Schwellwerte durch die jeweiligen Abweichungswerte zu den verschiedenen Zeitpunkten wird die Überschreitungsanzahl („Counter“) um „1“ erhöht. Ein Bevorstehen der unzulässigen Verschlechterung des Batteriezustands kann somit besonders einfach aus der Häufigkeit des Überschreitens ermittelt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein Schweregrad der bevorstehenden Verschlechterung des Batteriezustands in Abhängigkeit von einem Anzahlbetrag der Überschreitungsanzahl und/oder eines zeitabhängigen Anzahländerungsgradienten der Überschreitungsanzahl ermittelt. Dies ist von Vorteil, da hierdurch ein besonders frühzeitiges Reagieren auf die bevorstehende, unzulässige Verschlechterung des Batteriezustands ermöglicht ist. Dementsprechend kann beispielsweise ein Rückruf des Fahrzeugs eingeleitet werden, sobald der Anzahlbetrag, eine vorgegebene Überschreitungsanzahlgrenze („Countergrenze“) erreicht oder überschreitet.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn der Schweregrad zusätzlich oder alternativ anhand des zeitabhängigen Anzahländerungsgradienten ermittelt wird, denn hierdurch kann die zeitliche Entwicklung der Überschreitungen, also die Überschreitungsanzahl über der Zeit berücksichtigt werden. Eine starke Änderung des Anzahländerungsgradienten kann hierbei auf eine besonders rasche Verschlechterung des Batteriezustands hindeuten.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Batteriezustand zumindest zweier baugleicher Batterien ermittelt und auf ein durch die Bauart der baugleichen Batterien bedingtes Problem geschlossen. Dies ist von Vorteil, da hierdurch auch Serienfehler von Batterien einer gleichen Baureihe (Batterieserie) erkannt werden können. Dadurch kann auch bei Fahrzeugen mit bislang unauffälligen Batterien ein Rückruf eingeleitet werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Prüfung eines Batteriezustands bei wenigstens einer Batterie zumindest eines Kraftfahrzeugs, welche zumindest dazu ausgebildet ist, zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelte Zellspannungsdifferenzen jeweiliger Zellspannungswerte von wenigstens zwei Batteriezellen der wenigstens einen Batterie mit wenigstens einem vorbestimmten, den wenigstens zwei Batteriezellen zugeordneten Zellspannungsreferenzwert zu vergleichen und jeweilige Abweichungswerte zwischen den Zellspannungsdifferenzen und dem wenigstens einen Zellspannungsreferenzwert zu ermitteln.
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Die Prüfvorrichtung kann fahrzeugintern angeordnet oder stationär und damit fahrzeugextern angeordnet sein. Ist die Prüfvorrichtung fahrzeugextern (beispielsweise beim Fahrzeughersteller) angeordnet, so ist eine Backend-Kommunikation mit dem Kraftfahrzeug möglich. Die Prüfvorrichtung kann - insbesondere wenn diese stationär und damit fahrzeugextern angeordnet ist - eine Kommunikationseinheit umfassen, über welche Sensordaten jeweiliger Fahrzeugsensoren und/oder Batteriesensoren austauschbar sind. Durch diese Fahrzeugsensoren und/oder Batteriesensoren können die Zellspannungswerte und hieraus die Zellspannungsdifferenzen bestimmt werden.
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Die Prüfvorrichtung kann - wenn diese fahrzeugintern angeordnet ist - auch entsprechende Sensoren umfassen, über welche die Zellspannungswerte bestimmt werden können. In diesem Fall könnten sämtliche Verfahrensschritte durch die Prüfvorrichtung durchgeführt werden.
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Allgemein kann die Prüfvorrichtung eine Recheneinheit zur Verfahrensschrittdurchführung umfassen. In Schritt a) kann die Recheneinheit die Sensoren ansteuern, sodass das Ermitteln der Zellspannungsdifferenzen zu den verschiedenen Zeitpunkten dementsprechend mittels der Sensoren erfolgt.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 ein Ablaufdiagramm mit einzelnen Verfahrensschritten des Verfahrens;
- 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterie und einer Mehrzahl an Batteriezellen, wobei an einer ersten Batteriezelle und einer zweiten Batteriezelle mittels jeweiliger Sensoren jeweilige Zellspannungswerte ermittelt und zur Auswertung an eine externe Prüfvorrichtung übermittelt werden; und
- 3 ein Kennfeld, in welchem verschiedene Zellspannungsdifferenzen in Abhängigkeit von Betriebsbedingungsbereichen aufgetragen sind, wobei die Betriebsbedingungsbereiche jeweils ein Batterietemperaturintervall sowie ein Laststromintervall umfassen.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm mit verschiedenen Schritten a), b), c), d) eines Verfahrens zur Prüfung eines Batteriezustands bei wenigstens einer Batterie 10 zumindest eines Kraftfahrzeugs 15. Die Batterie 10 und das Kraftfahrzeug 15 sind schematisch in 2 angedeutet.
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In Schritt a) erfolgt ein Ermitteln von Zellspannungsdifferenzen jeweiliger Zellspannungswerte von wenigstens zwei Batteriezellen 11, 12 der wenigstens einen Batterie 10 zu verschiedenen Zeitpunkten. Die Batteriezellen 11,12 sowie jeweilige Sensoren 13,14 sind ebenfalls in 2 schematisch dargestellt. Mittels des ersten Sensors 13 wird dementsprechend ein erster Zellspannungswert der ersten Batteriezelle 11 und mittels des Sensors 14 ein zweiter Zellspannungswert der zweiten Batteriezelle 12 gemessen.
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In Schritt a) werden als die Zellspannungswerte einerseits ein an der ersten Batteriezelle 11 gemessener Höchstspannungswert und andererseits ein an der zweiten Batteriezelle 12 gemessener Kleinstspannungswert herangezogen. Der Höchstspannungswert entspricht dabei dem größten Spannungswert sämtlicher Batteriezellen und der Kleinstspannungswert dem kleinsten Spannungswert der sämtlichen Batteriezellen der Batterie 10.
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In Schritt b) erfolgt ein Vergleichen der Zellspannungsdifferenzen mit wenigstens einem vorbestimmten, den wenigstens zwei Batteriezellen 11, 12 zugeordneten Zellspannungsreferenzwert und Bestimmen von jeweiligen Abweichungswerten 20, 22, 24, 26 zwischen den Zellspannungsdifferenzen und dem wenigstens einen Zellspannungsreferenzwert. Zumindest einige der Abweichungswerte 20, 22, 24, 26 sind in 3 exemplarisch gezeigt.
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Schritt b) wird zudem in einer fahrzeugexternen Prüfvorrichtung 18 durchgeführt, wobei die jeweiligen Zellspannungswerten charakterisierende Datensätze von dem Kraftfahrzeug 15 an eine Kommunikationseinheit 16 der Prüfvorrichtung 18 übertragen und schließlich mittels einer Recheneinheit 17 der Prüfvorrichtung 18 ausgewertet werden. Das Fahrzeug 15 kann neben diesen - die Zellspannungswerte charakterisierenden - Datensätzen auch zu den unterschiedlichen Zeitpunkten jeweils Angaben über den momentanen Ladezustand, die momentane Batterietemperatur und den momentanen Laststrom an die Prüfvorrichtung 18 übermitteln und damit einen momentanen (derzeitigen) Betriebspunkt der Batterie 10 genau kennzeichnen, wodurch eine Klassifizierung des Betriebspunktes ermöglicht ist. Um die Batterie 10 eindeutig identifizieren zu können, kann zudem eine Fahrgestellnummer, welche auch als VIN (vehicle identification number) bezeichnet werden kann, an die Prüfvorrichtung 18 übermittelt werden.
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In der Recheneinheit 17 ist eine Referenzmatrix mit einer Mehrzahl an Zellspannungsreferenzwert hinterlegt, wobei jeweils einer der Abweichungswerte 20, 22, 24, 26 mit einem jeweiligen Zellspannungsreferenzwert verglichen wird. Den jeweiligen Abweichungswerten 20, 22, 24, 26 sowie den jeweiligen Zellspannungsreferenzwerten werden dabei jeweils gleiche Betriebsbedingungsbereiche 30, 32 zugeordnet, von welchen lediglich einige in 3 gezeigt sind. Mit anderen Worten werden beim Vergleichen der Zellspannungsdifferenzen 20, 22, 24, 26 mit den jeweiligen Zellspannungsreferenzwerten in Schritt b) die jeweiligen, den Zellspannungsdifferenzen 20, 22, 24, 26 sowie den Zellspannungsreferenzwerten zugeordneten, gemeinsamen Betriebsbedingungsbereiche 30, 32 der Batterie 10 und zusätzlich oder alternativ des Kraftfahrzeugs 15 herangezogen.
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Die Betriebsbedingungsbereiche 30, 32 umfassen jeweils ein Batterietemperaturintervall 40, 42, jeweils ein Laststromintervall 50, 52 sowie jeweils ein Ladezustandsintervall. Anhand der vom Kraftfahrzeug 15 an die Prüfvorrichtung 18 übermittelten, den momentanen Ladezustand, die momentane Batterietemperatur und den momentanen Laststrom charakterisierenden Batteriedaten kann eine Zuordnung des momentanen Betriebspunkts zu einem der Betriebsbedingungsbereiche 30, 32 und damit ein genauer Vergleich der bei dem Betriebspunkt auftretenden Zellspannungsdifferenz (beispielsweise die erste Zellspannungsdifferenz 20) mit dem entsprechenden Zellspannungsreferenzwert erfolgen (Klassifizierung). Der Datenaustausch zwischen dem Kraftfahrzeug 15 und der beispielsweise beim Hersteller befindlichen Prüfvorrichtung 18 kann allgemein zyklisch erfolgen.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Ladezustandsintervalle, welche auch als SOC-Intervalle bezeichnet werden können, hierbei nicht dargestellt, da hierdurch eine unübersichtliche, mehrdimensionale Darstellung des in 3 gezeigten Kennfeldes erforderlich wäre.
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Für den Abweichungswert 20 sowie dessen zugehörigen, aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellten Zellspannungsreferenzwert gilt vorliegend der Betriebsbedingungsbereich 30. Für den Abweichungswert 24 sowie dessen zugehörigen, aus Gründen der Übersichtlichkeit hier ebenfalls nicht dargestellten Zellspannungsreferenzwert gilt vorliegend der Betriebsbedingungsbereich 32.
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Im vorliegenden Beispiel umfasst der Betriebsbedingungsbereich 30 das Betriebstemperaturintervall 40, welches sich vorliegend über einen Temperaturbereich von -10 bis 0 °C erstreckt, sowie das Laststromintervall 50, welches sich vorliegend über einen Laststrombereich von 180 bis 150 A erstreckt. Entspricht die momentane Batterietemperatur beispielsweise einem Wert von 7 °C und der momentane Laststrom beispielsweise einem Wert von 155 A (zum entsprechenden Zeitpunkt), so wird der Abweichungswert (hier: Abweichungswert 20) für diesen Betriebsbedingungsbereich 30 bestimmt.
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Der Betriebsbedingungsbereich 32 umfasst hingegen im vorliegenden Beispiel das Betriebstemperaturintervall 40, sowie das Laststromintervall 52, welches sich vorliegend über einen Laststrombereich von 150 bis 100 A erstreckt.
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Wie in 3 erkennbar ist, sind weitere Betriebstemperaturintervalle hinterlegt, welche sich beispielsweise von 10 bis 20 °C oder von 20 bis 40 °C erstrecken, um nur einige Beispiele zu nennen. 3 zeigt ebenfalls, dass auch weitere Laststromintervalle hinterlegt sind, welche sich beispielsweise von 20 bis -20 A oder von -100 bis -200 A erstrecken. Durch die Angabe von unterschiedlichen Vorzeichen kann zwischen einem Laden und einem Entladen der Batterie 10 unterschieden werden.
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In Schritt c) erfolgt ein Ermitteln des Batteriezustands der wenigstens einen Batterie 10 mittels der Prüfvorrichtung 18, wobei anhand der jeweiligen Abweichungswerte 20, 22, 24, 26 bestimmt wird, ob eine unzulässige Verschlechterung des Batteriezustands bevorsteht.
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In Schritt d) wird mittels der Prüfvorrichtung 18 bestimmt, ob die jeweiligen Abweichungswerte 20, 22, 24, 26 jeweilige vorbestimmte Schwellwerte überschreiten, wobei eine Überschreitungsanzahl 60, 62, 64, 66 erhöht wird, wenn die jeweiligen Abweichungswerte 20, 22, 24, 26 die jeweiligen vorbestimmten Schwellwerte überschreiten. Zudem kann ein Schweregrad der bevorstehenden Verschlechterung des Batteriezustands in Abhängigkeit von einem Anzahlbetrag der Überschreitungsanzahl 60, 62, 64, 66 und zusätzlich oder alternativ eines zeitabhängigen Anzahländerungsgradienten der Überschreitungsanzahl 60, 62, 64, 66 ermittelt werden.
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3 zeigt für den Abweichungswert 20 einen beispielhaften Betrag von 40 mV, für den Abweichungswert 22 einen beispielhaften Betrag von 35 mV, für den Abweichungswert 24 einen beispielhaften Betrag von 27 mV und für den Abweichungswert 26 einen beispielhaften Betrag von 7 mV.
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Die in 3 gezeigten Zahlenwerte der Überschreitungsanzahlen deuten auf ein ohmsches Problem der Batterie 10, also beispielsweise auf einen beginnenden Kontaktierungsfehler an einer der Batteriezellen der Batterie 10 hin. Dies ist beispielsweise beim Vergleich der jeweiligen Beträge der Überschreitungsanzahlen 60, 62 erkennbar, welche dem gleichen Batterietemperaturintervall 42 (hier: 0 - 10 °C) zugeordnet sind. Der Betrag der Überschreitungsanzahl 62, welche dem Laststromintervall 50 (180 bis 150 A) zugeordnet ist entspricht vorliegend dem Wert „20“. Hingegen entspricht der Betrag der Überschreitungsanzahl 66, welche dem im Vergleich zum Laststromintervall 50 betragsmäßig kleineren Laststromintervall 52 (150 bis 100 A) zugeordnet ist, dem Wert „0“, da hier kein kritischer Schwellwert überschritten wurde und dementsprechend bei dem Laststromintervall 52 ein unkritischer, fehlerfreier Zustand der Batterie 10 vorliegt.
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Der Wert „20“ der Überschreitungsanzahl 62 deutet auf bei hoher Last zunehmende und damit in unzulässiger Weise größer werdende Zellspannungsdifferenzen hin, welche für das besagte, ohmsche Problem charakteristisch sind.
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Zusammenfassend liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass sich viele Auffälligkeiten und beginnende Fehler bei Batterien, insbesondere bei Hochvoltbatterien durch eine ungewöhnliche Änderung der Zellspannungswerte zueinander, beispielsweise in Form eines „Auseinanderdriftens“ und damit eines „Auseinanderlaufens“ der Zellspannungen unter Last abzeichnen. Die Zellspannungsdifferenzen, welche auch als Spreizung der Zellspannungen bezeichnet werden können, sind selbst bei qualitativ hochwertigen Batterien nicht homogen und auch bei zueinander baugleichen Batterien (einer gemeinsamen Batterieserie) selbst in deren jeweiligem Neuzustand nicht identisch. Die Spreizung der Zellspannungen stellt somit quasi einen für die jeweilige Batterie charakteristischen „Fingerabdruck“ dar.
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Im Rahmen des hier vorgestellten Verfahrens können die Zellspannungsdifferenzen in Abhängigkeit des Ladezustands (SOC) der Batterietemperatur und des Laststroms erfasst werden. Insbesondere kann dabei ein Online-Datenaustausch zwischen dem Kraftfahrzeug 15 und der Prüfvorrichtung 18 bzw. deren Kommunikationseinheit 16 erfolgen. Mittels der Prüfvorrichtung 18 werden die den verschiedenen Zeitpunkten zugeordneten Zellspannungswerte abgespeichert und mit den bisherigen Werten (Zellspannungsreferenzwerten) unter den jeweils gleichen Rahmenbedingungen (Betriebsbedingungsbereiche 30, 32 mit den entsprechenden Batterietemperaturintervallen 40, 42, Ladezustandsintervallen und Laststromintervallen 50, 52) verglichen, sodass sich unzulässige Abweichungen über der Zeit erkennen lassen und mittels der Rahmenbedingungen bereits eine erste Ursachenabschätzung erfolgen kann, bevor die Batterie 10 beispielsweise gegenüber einem Kunden auffällig wird. Gegebenenfalls kann daraufhin präventiv eine Reparaturmaßnahme der Batterie 10 im Rahmen eines Rückrufs des Kraftfahrzeugs 15 erfolgen und die Batterie 10 zu deren genaueren Analyse zurückgeholt werden.
